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Die
Erfindung betrifft eine Abgasvorrichtung für eine Brennerheizung in einem
mobilen Raum.
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Insbesondere
betrifft die Erfindung eine Sicherheitsvorrichtung für den Betrieb
von Heizgeräten oder
anderen Geräten
mit Gas- oder Flüssigkraftstoffbrennern,
die in Wohn- oder Fahrgasträumen (Innenräume, mobilen
Räume)
von mobilen Einrichtungen eingesetzt werden. Derartige mobile Räume finden
sich insbesondere in Wohnwagen, Reisemobilen oder Booten.
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Für Heizgeräte werden
allgemein zwei Bauarten von Brennern unterschieden, nämlich atmosphärische Brenner
und Gebläsebrenner.
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Atmosphärische Brenner
beziehen ihre Verbrennungsluft selbsttätig aus der direkten Umgebung.
Da die Brenner für
die oben genannten Anwendungsfälle,
insbesondere in Wohnwagen oder Reisemobilen, raumluftunabhängig sein
müssen,
werden die Brenner meist direkt an einer Außenwand bzw. am Boden im Inneren
der Fahrgastzelle angeordnet und über einen Durchbruch mit der
Umgebung verbunden, um von dort Verbrennungsluft zu beziehen. Die
Verbrennungsluft wird dem Brenner zugeführt und im Brenner mit dem
Brennstoff, z. B. Flüssiggas oder
Flüssigkraftstoff
vermischt.
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Das
Abgas wird in der Regel über
ein flexibles Rohr zum Dach und dort mittels eines Kaminteils nach
außen
geführt.
Aufgrund der heißen
Abgase entsteht ein Kamineffekt, der eine selbsttätige Abfuhr der
Abgase in Gang hält.
Durch den Sog des Kamineffekts herrscht im Abgasrohr immer ein geringer
Unterdruck, der ein Austreten von Abgasen aus dem Abgasrohr insbesondere
auch an Schnittstellen bzw. Dichtfugen verhindert. Auf diese Weise
kann erreicht werden, dass kein Abgas in den Einbauraum bzw. die Fahrgastzelle
gelangen kann. Weitere Sicherheitseinrichtungen sind dann nicht
erforderlich.
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Bei
Gebläsebrennern
wird die dem Brenner zugeführte
Verbrennungsluft einerseits und die abzuführenden Abgase andererseits
mit Hilfe eines Verbrennungsluftgebläses gefördert. Dadurch können größere Freiheiten
bei Aufbau und Montage der Geräte
erreicht werden. Z. B. können
die Abgase über einen
Seitenwandkamin auch auf Einbauhöhe
des Geräts
aus dem Gerät
und dem Innenraum abgeführt werden,
ohne dass es auf die oben geschilderte atmosphärische Wirkung (Kamineffekt)
ankommt.
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Bei
bekannten Gebläsebrennern
ist das Verbrennungsluftgebläse
im Gerät
angeordnet, was zur Folge hat, dass das Abgas mit Hilfe eines Überdrucks in
der stromab von dem Verbrennungsluftgebläse liegenden Abgasleitung abgeführt wird.
Dadurch besteht die Gefahr, dass bei einem Leck im Abgasrohr oder
an einer Anschlussstelle des Abgasrohrs Abgase austreten und im
schlimmsten Fall in den zu beheizenden Innenraum gelangen können.
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Bei
bekannten Geräten
wird dieser Gefahr dadurch entgegengetreten, dass die dem Brenner zuzuführende Verbrennungsluft über ein
zweites Rohr angesaugt wird, welches als Überrohr über dem Abgasrohr in Form einer
Rohr-in-Rohr-Konstruktion angeordnet
ist. Beim Ansaugen der Verbrennungsluft wird ein Unterdruck im Überrohr
erzeugt, so dass bei einer Leckage des innenliegenden Abgasrohres
die Abgase automatisch mit der Verbrennungsluft abgesaugt werden.
Bei einem größeren Leck
erlischt der Brenner selbstständig,
da durch das Ansaugen von Abgasen der Frischluftanteil unter den
erforderlichen Wert sinkt. Bei einer kleineren Leckage ändert sich hingegen
lediglich der CO2-Wert im Abgas.
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Die
Gebläsebrenner
und der oben beschriebene Rohr-in-Rohr-Aufbau haben sich in der
Praxis bewährt.
Insbesondere wird durch die genannten Konstruktionsmerkmale ein
Aufbau mit hohem Sicherheitsstandard erreicht.
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Jedoch
ist die Verbrennungslufttemperatur bei dem beschriebenen Aufbau
stark an die Abgastemperatur gekoppelt, da der Rohr-in-Rohr-Aufbau einem
Rohr-Wärmetauscher
entspricht. Um die dadurch entstehenden Volumenstromschwankungen zu
kompensieren, muss das Verbrennungsluftgebläse abhängig von der Verbrennungslufttemperatur
geregelt werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abgasvorrichtung anzugeben,
bei der ebenfalls ein sicherer Betrieb von Heizgeräten oder
anderen Geräten
mit Gas- oder Flüssigkraftstoffbrennern
erreicht wird, bei dem jedoch der Einfluss der Abgastemperatur verringert
wird.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Abgasvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen
sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Eine
Abgasvorrichtung für
eine Brenneinrichtung in einem mobilen Raum weist auf: einen Abgaskanal
zum Führen
von Abgas von der Brenneinrichtung in die Umgebung, einen Luftkanal,
der den Abgaskanal wenigstens teilweise umgibt und zur Umgebung
hin geöffnet
ist sowie eine in dem Luftkanal angeordnete Gebläseeinrichtung zum Erzeugen
einer Luftströmung
in dem Luftkanal. Die Luftströmung
in dem Luftkanal weist eine Strömungsrichtung
zur Umgebung hin auf. Insbesondere kann die Luftströmung in
dem Luftkanal von der Brenneinrichtung zur Umgebung hin geführt werden.
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Die
Abgasvorrichtung weist eine Sicherheitsvorrichtung auf, um das Abführen jeglichen
Abgases aus dem Innenraum sicherzustellen.
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Der
Luftkanal ist somit nahe oder dicht benachbart an dem Abgaskanal
angeordnet und umgibt den Abgaskanal wenigstens in Bereichen, an
denen aus dem Abgaskanal Abgas, z. B. über Trenn- oder Anschlussflächen bzw.
-fugen austreten kann. Die Gebläseeinrichtung
stellt eine Luftströmung
in Richtung zur Umgebung sicher, so dass aus dem Abgaskanal unerwünscht ausgetretenes
und in den Luftkanal gelangtes Abgas sicher zur Umgebung abgeführt werden
kann.
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Die
Luftströmung
im Luftkanal ist unabhängig
von einer Zuführung
der Verbrennungsluft. Vielmehr ist für die Verbrennungsluftzuführung ein
eigener Verbrennungsluftkanal vorgesehen, der separat angeordnet
oder in die Abgasvorrichtung mit integriert werden kann.
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Der
Luftkanal und/oder der Abgaskanal können aus mehreren Kanalelementen
zusammengesetzt sein. Es ist üblich,
dass derartige Kanäle
bzw. Luftführungen
z. B. aus formstabilen Rohrelementen und flexiblen Schläuchen bzw.
Rohren zusammengesteckt werden. Kanalelemente können aber auch Luftführungen
oder Luftkanäle
in Geometrien in Brennerheizungen sein.
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Beim
Zusammensetzen von Kanalelementen ergeben sich Trenn- bzw. Dichtfugen,
an denen Abgas austreten kann. Daher sollte der Luftkanal den Abgaskanal
wenigstens in einem Bereich umgeben, an dem in dem Abgaskanal eine
Dichtfuge zwischen zwei Kanalelementen vorgesehen ist. Es hat sich
in der Praxis herausgestellt, dass es sich aufgrund des im Abgaskanal
herrschenden Überdrucks
nicht verhindern lässt,
dass Abgas sich immer wieder Wege sucht, an denen es unerwünscht austreten
kann. Dazu eignen sich verständlicherweise
insbesondere derartige Dichtfugen. Daher kann es zweckmäßig sein,
den Luftkanal derart zu gestalten, dass das an der jeweiligen Dichtfuge
austretenden Abgas über den
Luftkanal zur Umgebung, also zur Außenseite des zu beheizenden
Raums hin abgeführt wird.
Der Begriff Umgebung soll im Folgenden immer in diesem Sinne verstanden
werden.
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Bei
einer Ausführungsform
umgibt der Luftkanal den Abgaskanal radial vollständig und
axial wenigstens in einem Abschnitt. Das radiale Umschließen des
Abgaskanals durch den Luftkanal führt zu einer Rohr-in-Rohr-Anordnung,
bei der sichergestellt wird, dass jegliches Abgas, dass den Abgaskanal
in unvorhergesehener Weise verlässt,
vom Luftkanal aufgenommen und abgeführt wird. Dementsprechend sollte
der Abschnitt so gewählt
werden, dass es für
das Abgas keine weitere Möglichkeit
gibt, unkontrolliert aus dem Abgaskanal zu entweichen. Bei dieser
Rohr-in-Rohr-Konstruktion erfolgt dann die Luftströmung nicht,
wie beim Stand der Technik, von der Umgebung zum Brenner, sondern
umgekehrt, hin zur Umgebung.
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Insbesondere
kann der Luftkanal als Überrohr
ausgebildet sein und den als Abgasrohr gestalteten Abgaskanal vollständig am
Umfang umschließen.
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Der
Luftkanal kann einen stromauf von der Gebläseeinrichtung liegenden Unterdruckabschnitt (Saugabschnitt)
und einen stromab von der Gebläseeinrichtung
liegenden Überdruckabschnitt
aufweisen. Für
die Gewährleistung
der Sicherheit ist es zweckmäßig, wenn
der Unterdruckabschnitt an den Abgaskanal herangeführt ist
und austretendes Abgas aufnehmen kann. Der stromabliegende Überdruckabschnitt
sollte lediglich zum Abgeben der im Luftkanal geführten Luft
und gegebenenfalls der aus dem Abgaskanal ausgetretenen Abgasbestandteile
nach außen
an die Umgebung dienen.
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Bei
einer Ausführungsform
sind der Unterdruckabschnitt und der Überdruckabschnitt wenigstens
teilweise axial zueinander angeordnet. Dies ermöglicht eine besonders kompakte
Anordnung von Unterdruck- und Überdruckabschnitt.
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Der
Unterdruckabschnitt und der Überdruckabschnitt
können
dann durch eine Trennwand voneinander getrennt sein und dadurch
räumlich sehr
nah zueinander axial platziert werden, um Bauraum zu sparen.
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Der
Unterdruckabschnitt und/oder der Überdruckabschnitt können wenigstens
teilweise koaxial zu dem Abgaskanal angeordnet sein und den Abgaskanal
wenigstens teilweise radial umgeben. Dadurch lässt sich die oben angegebene
Rohr-in-Rohr-Konstruktion
realisieren.
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Bei
einer Variante weisen der Abgaskanal und der Überdruckabschnitt des Luftkanals
jeweils eine Mündung
auf, die in einen gemeinsamen Mischbereich führt. Dadurch ist es möglich, dass
in dem Mischbereich das heiße
Abgas mit der kühleren
Luft des Luftkanals gemischt wird, um somit die Abgastemperatur
zu senken. Es hat sich herausgestellt, dass eine Abgastemperatur
von zunächst
200 bis 300°C
durch die Mischung mit der Luft aus dem Luftkanal auf einen Temperaturwert
von unter 150°C
abgesenkt wird.
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Die
Mündung
des Luftkanals und die Mündung
des Abgaskanals können
unmittelbar aneinander angrenzen, um die Mischung des Luftstroms
mit dem Abgasstrom wirkungsvoll zu unterstützen.
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Insbesondere
kann die Mündung
des Luftkanals die Mündung
des Abgaskanals radial, d. h. über den
gesamten Umfang umgeben. Dadurch bildet sich zunächst auch ein kühlerer Schutzmantel
aus dem Luftstrom des Luftkanals, der den innenliegenden heißeren Abgaskanal
umgibt.
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Die
Gebläseeinrichtung
kann in der Nähe
der Mündung
des Luftkanals angeordnet sein. Die Mündung des Luftkanals entspricht
gleichzeitig auch dem Ende des Luftkanals. Es ist anzustreben, dass
die Gebläseeinrichtung
möglichst
nahe am Ende des Luftkanals platziert ist, um stromauf von der Gebläseeinrichtung
einen möglichst
großen
Unterdruckabschnitt zu erreichen. Nur der Unterdruckabschnitt ist geeignet,
entweichendes Abgas aus dem Abgaskanal aufzunehmen.
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Dementsprechend
sollte die Länge
des Überdruckabschnitts
minimal im Bezug auf den Innenraum, also möglichst gering sein.
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Der
Mischbereich kann von der Umgebung durch ein Austrittsgitter getrennt
sein. Das Austrittsgitter ist zur Umgebung hin angeordnet und verhindert
das Eindringen von Schmutz, Regenwasser etc. Außerdem stellt es eine Sicherheitseinrichtung
dar, die verhindert, dass der an der Mündung des Abgaskanals austretende
heiße
Abgasstrom Schaden an Mensch und Umgebung anrichten kann.
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Der
sich an die Mündung
anschließende
Teil des Abgaskanals, der Überdruckabschnitt,
ein Teil des Unterdruckabschnitts und die Gebläseeinrichtung können eine
bauliche Einheit bilden. Sowohl der Abgaskanal als auch der Unterdruckabschnitt
werden in der Praxis meist durch mehrere Rohrelemente gebildet,
die zusammengesteckt bzw. in geeigneter Weise miteinander fixiert
sind. Jeweils die am weitesten stromab liegenden Teile des Abgaskanals
und des Unterdruckabschnitts können
zusammen mit der Gebläseeinrichtung
und dem verhältnismäßig kurzen Überdruckabschnitt
die bauliche Einheit bilden, die sehr einfach als Ganzes montiert
werden kann.
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Vorzugsweise
kann die bauliche Einheit von außen an eine Fahrzeug-Wandung
montiert werden, wenn die Abgasvorrichtung in einem Fahrzeug, wie
z. B. einem Wohnwagen oder einem Reisemobil eingesetzt wird. Dadurch
ergeben sich bessere Abdichtmöglichkeiten.
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Ein
Heizungssystem kann mit der beschriebenen Abgasvorrichtung ausgestattet
werden, wobei die Brenneinrichtung in einer Heizeinrichtung mit
einer Brennkammer vorgesehen ist und der Abgaskanal einen Abgasstrom
von der Brennkammer zu der Umgebung führt. Das Heizungssystem kann
zum Beheizen von Luft oder von Wasser geeignet sein. Das Heizungssystem
kann in einer mobilen Einheit, also insbesondere einem Wohnwagen
oder einem Reisemobil oder einem Boot eingesetzt werden.
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Der
Luftkanal kann zwischen der Heizeinrichtung und der Umgebung verlaufen
und im Bereich der Heizeinrichtung wenigstens an einen Teil der Brenneinrichtung
angrenzen. Dadurch ist es möglich, dass
auch Abgas, das direkt an der Brenneinrichtung bzw. in der Heizeinrichtung,
also noch vor Eintreten in den Abgaskanal entweicht, durch den Luftkanal
abgeführt
wird.
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Diese
und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend
anhand eines Beispiels unter Zuhilfenahme der begleitenden Figuren näher erläutert. Es
zeigen:
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1 einen
senkrechten Schnitt durch eine Abgasvorrichtung;
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2 einen
horizontalen Schnitt durch die Abgasvorrichtung von 1;
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3 eine
Außenansicht
der Abgasvorrichtung;
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4 eine
Innenansicht der Abgasvorrichtung; und
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5 einen
senkrechten Schnitt durch eine Gebläseeinrichtung der Abgasvorrichtung.
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Die 1 bis 5 zeigen
jeweils Ansichten und Schnitte der gleichen Abgasvorrichtung. Sie
werden daher teilweise gemeinsam beschrieben.
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Der
generelle Aufbau der Abgasvorrichtung wird nachfolgend insbesondere
anhand der 1 und 2 erläutert.
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Ein
als Abgaskanal dienendes Abgasrohr 1 ist am Umfang von
einem Luftkanal 2 umgeben. Der Luftkanal 2 teilt
sich in einen Unterdruckabschnitt 2a und einen Überdruckabschnitt 2b auf.
Der Unterdruckabschnitt 2a und der Überdruckabschnitt 2b umgeben
das Abgasrohr 1 am Umfang. Zwischen dem Unterdruckabschnitt 2a und
dem Überdruckabschnitt 2b ist
ein als Gebläseeinrichtung
dienendes Radialgebläse 3 angeordnet,
welches Luft aus dem Unterdruckabschnitt 2a ansaugt und
in den Überdruckabschnitt 2b drückt. Dementsprechend
entsteht in dem Luftkanal eine Luftströmung mit der Strömungsrichtung
A (siehe Pfeil).
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Das
Radialgebläse 3 wird
von einem Gebläsemotor 4 angetrieben.
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Das
Abgasrohr 1 führt
in das Innere eines z. B. Wohn- oder Fahrgastraums in einem Wohnwagen, Reisemobil
oder Boot oder ähnlichem
zu einer Brenneinrichtung (Brenner) einer nicht dargestellten Heizeinrichtung,
die links von der in den 1 und 2 dargestellten
Abgasvorrichtung anzuordnen wäre. Dementsprechend
strömt
Abgas in Pfeilrichtung B vor den Brenneinrichtung in das Abgasrohr 1 und
tritt an einer Mündung 5 aus
dem Abgasrohr 1 aus, um in die in den 1 und 2 rechts
liegende Außenumgebung
zu gelangen.
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Die
Mündung 5 ist
durch ein Austrittsgitter 6 geschützt, das zum einen das Eintreten
von Feuchtigkeit oder Schmutz in das Abgasrohr verhindern und zum
anderen eine direkte Ausströmung
des Abgases in die Umgebung vermeiden soll.
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Mit
Hilfe des Austrittsgitters 6 wird ein Mischbereich 7 gebildet,
in den auch der Überdruckabschnitt 2b über eine
Mündung 8 einmündet.
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In
dem Mischbereich 7 vermischt sich somit das heiße Abgas
aus dem Abgasrohr 1 mit der vom Radialgebläse 3 über den Überdruckabschnitt 2b ausgeblasenen
kühleren
Luft. Dadurch wird die Abgastemperatur signifikant abgesenkt, so
dass das Abgas schließlich
mit einer geringeren, unkritischen Temperatur über das Austrittsgitter 6 in
die Umgebung austreten kann.
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Der
im Verhältnis
zu dem Überdruckabschnitt 2b wesentlich
längere
Unterdruckabschnitt 2a des Luftkanals 2 umgibt
das Abgasrohr 1 weitgehend vollständig. So ist in den 1 und 2 lediglich ein
Kunststoffstutzen des Unterdruckabschnitts 2a gezeigt,
auf dessen stromauf gelegenes Ende z. B. noch ein flexibles Rohr
aufgeschoben werden kann, das schließlich bis zu der nicht gezeigten
Heizeinrichtung bzw. der Brenneinrichtung geführt wird.
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Der
gesamte Unterdruckabschnitt 2a sollte daher so gestaltet
werden, dass er sämtliche
Bereiche des Abgasrohrs 1, aber auch gegebenenfalls noch
des Brenners in der Heizeinrichtung umgibt. Dabei ist dabei darauf
zu achten, dass insbesondere auch beim Starten der Heizeinrichtung
durch Druckstöße Abgas
an verschiedenen Stellen der Heizeinrichtung entweichen und zu einer
Beeinträchtigung im
Innenraum führen
kann. Dementsprechend ist sicherzustellen, dass sämtliche
Dichtfugen, Trennfugen, Öffnungen
etc., an denen Abgas unkontrolliert bei einem entsprechenden Überdruck
im System austreten kann, von dem Unterdruckabschnitt 2a umgeben
sind bzw. mit diesem in Strömungsverbindung stehen.
Auf diese Weise wird das unerwünscht
aus dem Abgasrohr 1 und anderen Einheiten austretende Abgas über den
Unterdruckabschnitt 2a aufgrund der Wirkung des Radialgebläses 3 abgesaugt
und schließlich über den Überdruckabschnitt 2b in
die Umgebung ausgeblasen.
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Bei
der in 1 gezeigten Ausführungsform sind der Unterdruckabschnitt 2a und
der Überdruckabschnitt 2b wenigstens
in einem bestimmten Bereich axial zueinander fluchtend angeordnet.
Um eine Trennung der Abschnitte zu erreichen, ist eine Trennwand 9 vorgesehen,
die als Schott dient und den Unterdruckabschnitt 2a von
dem Überdruckabschnitt 2b abtrennt.
Die Trennwand 9 kann einstückig mit dem Abgasrohr 1 ausgebildet
sein.
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Sowohl
der Luftkanal 2 als auch das Abgasrohr 1 können aus
mehreren Teilelementen gebildet werden, auch wenn z. B. das Abgasrohr 1 in
den Figuren lediglich als ein Stück
dargestellt ist. Zu beachten ist jedoch, dass das Abgasrohr 1 in
Richtung der Brenneinrichtung eine deutlich größere Länge haben wird, als in den
Figuren gezeigt.
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Die
gesamte Abgasvorrichtung kann – wie
in den 1 und 2 gezeigt – als eine Einheit in eine
Fahrzeugwand 10 eines Wohnwagens oder Reisemobils oder
einer anderen mobilen Einrichtung eingesetzt werden.
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Dazu
ist eine aus einem robusten und schlagzähen Kunststoff hergestellte
Einbauschale vorgesehen, in die die Komponenten eingesetzt bzw. an
die die Komponenten befestigt werden können. Hierzu gehören neben
dem Radialgebläse 3 und
dem Gebläsemotor 4 auch
das Abgasrohr 1 und Elemente des Luftkanals 2.
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Die über den
Luftkanal 2 abgeführte
Luft gewährleistet
nicht nur ein sicheres Abführen
von unerwünscht
austretendem Abgas. Zudem besteht auch bei geeigneter Gestaltung
der Brenneinrichtung bzw. der Heizeinrichtung die Möglichkeit,
kritische Bereiche wirksam zu kühlen.
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3 zeigt
die Außenansicht
mit dem Austrittsgitter 6, das auf die Fahrzeugwand 10 aufgesetzt ist.
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4 zeigt
die rückwärtige Ansicht
der Abgasvorrichtung von innen.
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Dabei
ist insbesondere ein Einströmstutzen 11 erkennbar, über den
Frischluft aus der Umgebung als Verbrennungsluft zu der Brenneinrichtung
geführt werden
kann. In der Brenneinrichtung wird die über den Einströmstutzen 11 zugeführte Frischluft
in bekannter Weise mit Brennstoff (Flüssiggas, Flüssigkraftstoff) vermischt und
verbrannt. Dadurch wird erreicht, dass die zur Verbrennung verwendete
Verbrennungsluft nicht aus dem zu beheizenden Innenraum, sondern
aus der Umgebung zugeführt
wird.
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Der
Einströmstutzen 11 ist
somit Bestandteil eines Verbrennungsluftkanals, der zusätzlich zu
dem Luftkanal 2 vorgesehen ist. Während die Luft in dem Luftkanal 2 zur
Umgebung hin strömt,
strömt
die Luft in dem in den Figuren nicht näher gezeigten Verbrennungsluftkanal
aus der Umgebung in das Innere.
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Bei
der Ausführungsform
der 4 ist der Einströmstutzen 11 in die
Baueinheit der oben beschriebenen Abgasvorrichtung integriert.
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5 zeigt
zur Ergänzung
eine Schnittdarstellung des Radialgebläses 3 und des Gebläsemotors 4 im
Einbauzustand in der Fahrzeugwand 10, analog zu den anderen
Figuren.